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Einführung in die Physische Geographie

Einführung in die Physische Geographie. Teil Klima und Wasser. 4. Wasser als Stoff. Prof. Dr. Otto Klemm. Wasser als Stoff. Wasser spielt in Ökosystemen jeglicher Art eine extrem wichtige Rolle, weil: flüssiges Wasser eine vitale Voraussetzung für das Leben darstellt

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Presentation Transcript

  1. Einführung in die Physische Geographie Teil Klima und Wasser 4. Wasser als Stoff Prof. Dr. Otto Klemm

  2. Wasser als Stoff • Wasserspielt in Ökosystemen jeglicher Art eine extrem wichtige Rolle, weil: • flüssiges Wasser eine vitale Voraussetzung für das Leben darstellt • mit Wasser viele andere Stoffe (Nährstoffe, Schadstoffe, …) transportiert werden • Wasserdampf ein bedeutendes natürliches Treibhausgas ist • Phasenübergänge des H2O große Mengen an Energie umsetzen

  3. Wasser als Stoff 105 ° H2O Wasser kommt auf der Erde in allen Phasen vor: fest, flüssig, gasförmig Quelle:Dingman, 1994

  4. Wasser als Stoff Quelle: Strahler & Strahler, 1997 flüssiges Wasser (Wasserstoffbrückenbindung) festes Wasser (Wasserstoffbrückenbindung) Quelle:Dingman, 1994

  5. Zustandsdiagramm des Wassers Bildquelle: Barrow, Physikalische Chemie, 1984 (bzw. fast jedes andere Lehrbuch der Physikaischen Chemie möglich)

  6. Zustandsdiagramm des Wassers flüssiges Wasser Eis Wasserdampf Quelle:Dingman, 1994

  7. Zustandsdiagramm des Wassers flüssig fest gas Zustandsdiagramm des H2O (Phasendiagramm), in dem für die Meteorologie besonders interessanten Bereich

  8. Wasser als Stoff einige Wassermoleküle sind in der Luft im Gleichgewicht vorhanden Luft es herrscht ein Gleichgewichts-Wasserdampfdruck über der ebenen Wasserfläche flüssiges Wasser Quelle:Dingman, 1994

  9. Sättigungs-Dampfdruck – Kurve des Wassers flüssig fest gas

  10. Sättigungs-Dampfdruck – Kurve des Wassers flüssig fest flüssig möglich (Abweichung vom Gleichgewicht) gas

  11. Sättigungs-Dampfdruck – Kurve des Wassers diese Kurve wird beschrieben durch die Formel nach Clausius Clapeyron: bzw. näherungsweise durch die Magnus-Formel: e*: Sättigungs-Wasserdampfdruck; L: Verdampfungswärme T: Temperatur in K; t: Temperatur in °C

  12. Wasserdampf in der Luft 30.4 17.3 9.4 4.85 Sättigungskurven für den Wasserdampfgehalt in Luft über flüssigem Wasser (Gleichgewichts-Kurve). Die Linie entspricht einer relativen Luftfeuchte von 100 %.

  13. Wasserdampf in der Luft 87 % 50 % 87 % 100 % die relative LuftfeuchterF ist das Verhältnis aktueller Feuchtgehalt / maximal möglicher Fuchtegehalt bzw. Wasserdampfdruck / Sättigungsdampfdruck

  14. Dichte des flüssigen Wassers die Dichte des Wassers bei 0 °C beträgt fast 1 kg dm-3 Berechnung nach Paul 1985: http://www.tu-dresden.de/fghhihb/petzoldt/dichte_de.html

  15. Dichte des flüssigen Wassers durch die Dichteanomalie des Wassers ist die Dichte bei 4 °C am größten Eis (ohne Lufteinschluss) hat bei 0 °C eine Dichte von 916.8 g dm-3 Berechnung nach Paul 1985: http://www.tu-dresden.de/fghhihb/petzoldt/dichte_de.html

  16. physikalische Eigenschaft, flüssiges Wasser

  17. physikalische Eigenschaften des Wassers Bemerkungen • Wasser ist der Stoff mit der größten spezifischen Wärmeenergie überhaupt • man benötigt mehr als die 5-fache Energie, um Wasser zu verdampfen als es von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen. • man benötigt mehr als die 6-fache Energie, um Wasser zu verdampfen als es zu schmelzen • auch Sublimation (direkter Übergang aus der Festphase in die Gasphase und umgekehrt) ist möglich

  18. Eigenschaften des Wassers flüssiges Wasser ist ein Lösungmittel für ein Salz AmBn ist das Löslichkeitsprodukt Ks gegeben als: eckige Klammern geben Konzentrationen an (der Unterschied zwischen Konzentrationen und Aktivitäten wird hier vernachlässigt). m und n sind die Ladungszahlen der Ionen. Über einer festen Phase des Salzes stellt sich in Lösungen Konzentationen von A und B ein, die die Bedingung des Löslichkeitsprodukts darstellen. Ks ist abhängig von T. Säure- / Base – Eigenschaften Wasser dissoziiert in H+ und OH-, ist also eine Säure und Base zugleich.

  19. Eigenschaften des Wassers Gase lösen sich physikalisch in Wasser die Gaslöslichkeit wird mit der Henry – Konstante KH KHX ist die Henry – Konstante für das Gas X, Einheit typischerweise mol l-1 hPa-1 p ist der Partialdruck des Gases in der Luft (über der wässrigen Phase) Einheit: hPa die Löslichkeit eines Gases in Wasser nimmt mit sinkender Temperatur zu Beispiel: die Löslichkeit des Sauerstoff in Wasser bei 25 °C entspricht:

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